浅谈新标准实施的燃煤电厂汞排放控制途径.docx
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1、浅谈新标准实施的燃煤电厂汞排放控制途径摘要:我国是一个煤炭生产大国,同时也是一个燃煤大国,能源需求总量中煤炭所占比例约66%,燃煤烟气中的汞浓度虽然低,但总量巨大。文章从燃煤电厂汞的国家政策、控制途径、影响因素等方面,介绍了现有燃煤电厂在烟气脱硝、除尘、烟气脱硫装置下联合控制烟气汞污染的主要途径。关键词:标准;燃煤电厂;脱汞;烟气脱硫;烟气脱硝;除尘1引言汞是一种非常重要的全球性污染物,燃煤电厂汞污染排放是人为汞排放源之一。2022年7月29日,环境环护部和国家质量监督检验检疫局对火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2022)进行了修订,除重新提高了烟尘、SO2、NO某排放标准外,也首次
2、对汞污染排放标准提出了不大于0.03mg/m3的新排放要求,并从2022年1月1日起开始执行。2022年9月12日,国家发展和改革委员会、环境保护部、国家能源局又联合发文发改能源(2022)2093号关于印发煤电节能减排升级与改造行动计划(20222022年)的通知,要求东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值,中部地区新建机组原则上接近或达到燃气轮机组排放限值,鼓励西部地区新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值,支持同步开展大气污染物联合协同脱除,减少三氧化硫、汞、砷等污染物排放。中国是一个煤炭生产大国,资源储量达5.9万亿吨,2022年生产煤炭达36.8亿吨,原煤
3、汞含量变化范围在0.15.5mg/kg,平均汞含量约0.22mg/kg,可见我国燃煤中汞含量普遍偏高(世界范围内煤的平均汞含量约0.13mg/kg)。同时也是一个燃煤大国,能源需求总量中煤炭所占比例约66%,虽然燃煤烟气中的汞浓度低,但总量巨大,燃煤汞排放源约占1/3。新疆煤炭预测储量达2.19万亿吨,约占全国煤炭资源预测总量的40%,年生产煤炭约1.5亿吨,煤中汞含量变化范围在0.0200.17mg/kg,平均值为0.054mg/kg,远低于世界及全国平均值。目前,我国燃煤电厂应用烟气脱汞技术还在起步阶段,但大部分燃煤电厂已完成烟气脱硝、除尘、烟气脱硫装置,但均未考虑脱汞装置的空间位置。因此
4、,在新标准实施情况下,充分利用现有电厂污染物控制设备进行脱汞就显得十分重要,尤其对新疆地区燃用低汞煤的燃煤电厂进行协同脱汞具有非常重要的现实意义。2汞污染的控制途径世界上燃煤电厂汞污染控制主要有燃烧前脱汞、燃烧中脱汞、燃烧后脱汞三种方式。2.1燃烧前脱汞燃烧前脱汞主要为洗煤和热解技术,均属于从源头控制,并使燃煤电厂在燃烧过程中汞的排放量大量减少。洗煤使汞大量富集在浮选废渣中,从而起到除去煤中汞的作用,是一种相对简单、可靠性高,维护量小,成本较低的汞排放脱除措施。如采用物理化学洗煤技术,脱除效率将不小于50%。热解技术是利用汞的高挥发性特点,使原煤中汞受热并挥发。一般在温度400以下时,脱汞效率
5、可以达到80%左右,但同时煤也发生了热分解,致使煤中挥发性物质减少,发热量降低,不利于锅炉燃烧。2.2燃烧中脱汞燃烧中脱汞主要是利用低温燃烧技术或喷入一定量的汞吸附剂。目前主要有循环流化床锅炉、煤粉锅炉低氮器和加入吸附剂。循环流化床锅炉是利用燃煤在炉内停留时间长和低温燃烧的特点,增加了灰渣中吸附汞的机会,有利于单质汞的沉降,以及低温燃烧可增加氧化态汞(Hg2+)的含量,同时又抑制单质汞(Hg0)的形成,更易被现有湿法脱硫设施脱除。同样低氮燃烧技术是利用其燃烧温度较低,提高了烟气中氧化态汞(Hg2+)的含量。而脱汞吸附剂是利用氧化态汞(Hg2+)容易被吸附去除的机理,采用某种催化剂,使烟气中的单
6、质汞(Hg0)转化成氧化态汞(Hg2+),有利于燃煤电厂利用现有污染控制设施达到脱汞目的。2.3燃烧后脱汞燃烧后脱汞主要采用开发新的脱汞吸收剂;以及对现有燃煤电厂烟气脱硫、烟气脱硝、除尘设施进行改造,促使其具有一定的脱汞性能。由于吸附剂费用较高,会增加燃煤电厂运行成本,燃煤电厂目前很少使用。因此,燃煤电厂使用范围最大的还是利用现有烟气治理设施进行协同脱汞。综上所述,随着国家环保要求的不断严格,燃煤电厂也要达到与燃气相当的污染物排放水平。考虑到目前燃煤电厂的烟气脱硝、烟气脱硫、除尘等烟气治理设施已是建设燃煤电厂必不可少的第四大主机设备,对如何利用好现有环保治理设施协同控制汞污染排放,将是今后一段
7、时期的主要发展研究方向。以下通过对燃煤汞含量特点和燃煤电厂现有污染物控制措施,推荐适合我国燃煤电厂的复合式脱汞技术。3利用现有烟气污染控制设备脱汞3.1循环流化床锅炉采用循环流化床锅炉的电厂运行床温可控制在850950,可实现低温燃烧和分级燃烧,污染物控制主要是利用低温燃烧和选择性非催化还原技术(SNCR)进行烟气脱硝,电袋复合除尘器或布袋除尘器除尘,炉内或炉内与炉外相结合方式进行脱硫。循环流化床锅炉是一种可以喷入石灰石或其他吸附剂的装置,其燃烧方式在降低NO某排放的同时也降低了烟气中汞的排放。在CFB燃煤过程中,汞主要富集在灰渣中,灰渣中汞的含量与其他燃烧过程大致相同。由于循环流化床燃烧温度
8、较低,煤中挥发出的气态汞所占比例较少,且灰渣颗粒和一些添加剂导致的还原性气氛,都有利于矿物质气化而产生大量的亚微米级颗粒,从而增加灰渣对烟气中汞(包括单质态和氧化态)的吸附。后续除尘设备捕集灰渣颗粒,大大减少了汞向大气的排放。此外循环流化床燃料适应性相对较广,使得添加石灰石或一些汞的催化剂喷入到流化床中,可以进一步提高汞的捕捉效率。3.2煤粉锅炉目前,燃煤电厂的锅炉大多数还是采用煤粉锅炉,现有烟气污染控制设施主要采用低氮燃烧技术和选择性催化还原技术(SCR)进行烟气脱硝,利用静电除尘器、电袋复合除尘、布袋除尘器进行除尘,利用湿式除尘器进行PM2.5和石膏雨脱除,利用石灰石-石膏湿法工艺进行脱硫
9、。3.2.1低NO某燃烧技术(LNB)低NO某燃烧技术是利用低氮燃烧器和配风来控制炉膛燃烧区域的燃烧温度及空气量,对控制NO某形成的同时增加烟气灰渣中未燃尽的碳含量来抑制单质汞(Hg0)的形成,更有利于湿法脱硫设施吸附烟气中的汞。因此,该技术对灰渣量较大的烟煤来说,比较实用。3.2.2除尘设备燃煤电厂烟气除尘装置对颗粒态汞有一定的脱除作用,但对气态的单质汞(Hg0)和氧化态汞(Hg2+)影响不大。目前燃煤电厂使用电除尘器(ESP)和布袋除尘器(FF)、电袋复合除尘器(FE)比较多,湿式电除尘器(WESP)也有部分电厂开始使用(主要用于去除PM2.5和脱硫石膏雨)。(1)静电除尘器(ESP)。静
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